一種高效固定化藻菌共生體系對(duì)城鎮(zhèn)污水脫氮除磷的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高效的城鎮(zhèn)污水脫氮除磷的生物處理方法，屬于污水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法選取鑒定自城鎮(zhèn)污水處理廠的優(yōu)勢(shì)藻種為藻源，以活性污泥為菌源，采用彈性立體填料為固定化填料，按照藻菌干重質(zhì)量比1∶5～5∶1，光照強(qiáng)度4000～6000lx，水力停留時(shí)間2～3d的條件處理污水。本發(fā)明藻、菌固定化方式簡(jiǎn)單，對(duì)城鎮(zhèn)污水處理效果好，經(jīng)處理后城鎮(zhèn)污水中氨氮(NH4-N)、總氮(TN)、總磷(TP)、化學(xué)需氧量(CODCr)、固體懸浮物(SS)指標(biāo)達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。
【專利說明】一種高效固定化藻菌共生體系對(duì)城鎮(zhèn)污水脫氮除磷的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于污水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種高效的城鎮(zhèn)污水脫氮除磷的生物處理方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化等問題的日益嚴(yán)重，污水排放與治理受到廣泛關(guān)注。 十二五期間，我國(guó)提高了城鎮(zhèn)污水水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)，即城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn) (GB18918-2002)由一級(jí)B提升到一級(jí)A?？偟欧艠?biāo)準(zhǔn)由20mg/L降低為15mg/L，氨氮排放 標(biāo)準(zhǔn)由夏季8mg/l降低為5mg/L，冬季15mg/L降低為8mg/L，總磷排放標(biāo)準(zhǔn)由lmg/L降低為 0? 5mg/L〇
[0003] 生物脫氮除磷技術(shù)由于具有同時(shí)去除污水中的碳、氮、磷等物質(zhì)，且處置后可以利 用生物質(zhì)作為能源等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。目前常用的生物脫氮除磷技術(shù)是活性污泥法。
[0004] 傳統(tǒng)的活性污泥生物法雖然技術(shù)成熟，但存在以下問題：（1)曝氣池容積大，占地 面積多，基建投資多；（2)難以同步實(shí)現(xiàn)高效脫氮除磷效率；(3)低溶解氧下難以實(shí)現(xiàn)同步 硝化與反硝化；(4)活性污泥膨脹及沉降性能不穩(wěn)定；（5)抗沖擊負(fù)荷能力較差等問題。為 了促進(jìn)城鎮(zhèn)污水處理工藝的進(jìn)步，并滿足更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，有必要對(duì)城鎮(zhèn)污水新型處 理工藝進(jìn)行探索。
[0005] 固定化藻菌共生體系是一種資源節(jié)約型的污水處理工藝，能同步去除污水中的 碳、氮、磷等物質(zhì)，且脫氮除磷效率高、固定化藻、菌易于回收，為城鎮(zhèn)污水處理提供了一種 新思路。
[0006]目前相關(guān)研究及發(fā)明中涉及較多的藻、菌固定化技術(shù)主要采用包埋法形成固定化 小球的方式，用于固定化的藻也并非實(shí)際污水中鑒定出的優(yōu)勢(shì)藻類。如鄧旭等發(fā)表在《環(huán)境 科學(xué)》2011年第32卷第8期的《利用固定化藻菌耦合系統(tǒng)同步去除污水中的C0D和氮磷》 采用海藻酸鈣為固定化載體，使用藻類為萊茵衣藻；毛書端等發(fā)表在《環(huán)境工程學(xué)報(bào)》2012 年第6卷第5期的《廢水營(yíng)養(yǎng)比對(duì)固定化藻菌去除污染物的影響及動(dòng)力學(xué)研究》以海藻酸鈣 為固定化載體，使用藻類為微藻；中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00710168917. 2,申請(qǐng)
【公開日】為2008年9 月10日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為固定化藻菌耦合膜分離過程的脫氮除磷方法及裝置，所述的藻細(xì) 胞固定化材料為卡拉膠、海藻酸鈣、聚乙烯醇或聚丙烯酰胺中的一種或任意組合，使用藻類 為衣藻、小球藻或其組合。以上述文獻(xiàn)或?qū)＠没瘜W(xué)物質(zhì)作為固定化載體處理污水，不利 于充分發(fā)揮藻、菌互利共生的優(yōu)勢(shì)，容易出現(xiàn)載體溶解現(xiàn)象，導(dǎo)致處理效果不夠理想，且成 本較高，實(shí)際運(yùn)用存在一定問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明旨在提供一種易于工程化應(yīng)用的污水生物脫氮除磷方法，以期解決在固定 化藻菌處理城鎮(zhèn)污水過程中存在藻菌固定化過程復(fù)雜、載體容易溶解、處理成本較高、工程 化運(yùn)用困難的缺點(diǎn)，為城鎮(zhèn)污水處理的節(jié)能減排提供技術(shù)支撐。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0009] -種高效固定化藻菌共生體系對(duì)城鎮(zhèn)污水脫氮除磷的方法，其步驟為： (1) 采用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)-變性梯度凝膠電泳方法對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠污水中生物群落 進(jìn)行鑒定，以鑒定出的藻種為藻源，以活性污泥為菌源； (2) 控制初始總生物干重質(zhì)量濃度0. 2?0. 4g/L，將藻、菌按污水處理效果最佳的干重 質(zhì)量比投加到反應(yīng)容器中并將藻、菌固定于彈性立體填料上； (3) 給反應(yīng)容器添加光源，控制光暗時(shí)間比為12h : 12h，光照強(qiáng)度4000?60001x ; (4) 向反應(yīng)裝置加入模擬污水或城鎮(zhèn)污水處理廠污水，污水水力停留時(shí)間2?3d。
[0010] 更進(jìn)一步的，步驟（1)藻源優(yōu)選易于附著生長(zhǎng)的鞘藻屬絲狀藻；
[0011] 更進(jìn)一步的，固定化鞘藻屬絲狀藻選擇短帶鞘藻。
[0012] 更進(jìn)一步的，步驟⑵污水處理效果最佳的藻干重質(zhì)量：菌干重質(zhì)量范圍為 1 : 5 ?5 : 1。
[0013] 更進(jìn)一步的，步驟（2)藻菌固定化方式通過采用對(duì)含藻、菌的水體進(jìn)行攪拌或搖 動(dòng)使水體流動(dòng)達(dá)到藻、菌附著固定生長(zhǎng)于彈性立體填料上。
[0014] 更進(jìn)一步的，步驟（3)光源的添加通過在透明反應(yīng)容器周圍布置光源或?qū)⒐庠赐?過透明空心柱插入反應(yīng)容器中。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于： (1) 本藻菌共生體系相比純?cè)濉⒓兙鷮?duì)污水有更好的去除效果。在適宜藻菌干重質(zhì)量比 條件下，經(jīng)處理后城鎮(zhèn)污水中氨氮（NH4-N)、總氮（TN)、總磷（TP)、化學(xué)需氧量（C0D &)、固體 懸浮物（SS)指標(biāo)達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。 (2) 用于固定化的藻種選用鑒定自實(shí)際污水處理廠的優(yōu)勢(shì)藻種短帶鞘藻，有利于提高 污水中氮磷去除效率。該藻為絲狀藻，極易附著在填料上，為菌附著生長(zhǎng)提供載體，因而固 定化方法成本低廉，易于實(shí)施。 (3) 藻菌固定化處理污水，藻菌不易流失，保障處理出水水質(zhì)，而且有利于藻、菌生物質(zhì) 的回收，為處理后生物質(zhì)能源的再利用提供條件。 (4) 該方法處理廢水過程中，充分發(fā)揮藻菌互利共生的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)同步去除污水中的 碳、氮、磷，且當(dāng)進(jìn)水CODcr濃度低時(shí)依然適用，工程化運(yùn)用前景好。

【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
[0017] 從某污水處理廠二沉池取水樣，按照聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)-變性梯度凝膠電泳 (PCR-DGGE)分子生物學(xué)方法對(duì)污水中的生物群落進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，污水中存在優(yōu) 勢(shì)藻類：鞘藻屬絲狀藻-短帶鞘藻（Oedogonium brevicingulatum)和不對(duì)稱衣藻 (Chlamydomonas asymmetrica)〇
[0018] 對(duì)兩種藻固定化效果進(jìn)行評(píng)價(jià)：取2L燒杯4個(gè)，每個(gè)燒杯中填裝彈性立體填料，填 料體積填充率60%，往其中兩個(gè)燒杯分別加入0. 5g干重質(zhì)量的短帶鞘藻，另兩個(gè)燒杯中分 別加入0. 5g干重質(zhì)量的不對(duì)稱衣藻，每個(gè)燒杯加入1. 5L自來水，將燒杯置于搖床中，控制 水體流速30-60cm/s，光照強(qiáng)度40001x，光暗時(shí)間比為12h : 12h，24小時(shí)后每個(gè)燒杯取出 水樣1000ml，測(cè)定其中藻含量。通過測(cè)定結(jié)果可知：短帶鞘藻固定化效果明顯優(yōu)于不對(duì)稱 衣藻，短帶鞘藻固定率達(dá)到99 %?100 %，而不對(duì)稱衣藻固定率僅為2 %?5 %。因此優(yōu)選 短帶鞘藻為固定化藻菌體系的藻源。
[0019] 短帶鞘藻干重質(zhì)量確定方法為：用事先烘干的定量濾紙過濾稱量一組不同體積的 短帶鞘藻，先稱量分別確定該組短帶鞘藻濕重質(zhì)量，然后將該組藻置于103 土 rc烘箱中烘 烤，反復(fù)烘干稱量，確定干重質(zhì)量，以藻濕重為橫坐標(biāo)，干重為縱坐標(biāo)繪制短帶鞘藻干濕重 關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)曲線。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，能將一定濕重質(zhì)量的短帶鞘藻換算成干重質(zhì)量。
[0020] 菌干重確定方法：準(zhǔn)確量取100mL活性污泥，用提前烘干稱量過的定量濾紙過濾， 再將過濾后的活性污泥與濾紙一同置于l〇3±l°C烘箱中烘烤，反復(fù)烘干稱量，確定其干重， 由此可計(jì)算出菌干重質(zhì)量。
[0021] 取2L玻璃燒杯6個(gè)，置于六聯(lián)磁力攪拌器上，填充15?20cm彈性立體填料，體積 填充率50 %?80 %，在燒杯周圍布置普通25瓦燈管2?3根，光照強(qiáng)度4000?60001x， 光暗時(shí)間比12h : 12h，初始總生物干重質(zhì)量濃度0.3g/L，按照純菌、藻干重質(zhì)量：菌干重質(zhì) 量為1 : 5、1 : 1、5 : 1、10 : 1以及純?cè)辶鶄€(gè)實(shí)驗(yàn)組加入相應(yīng)藻、菌，每個(gè)燒杯中加入2L 的模擬污水，其中含 NH4-N :20±0. 5mg/L，TP :4±0. 5mg/L，C0D& :250±5mg/L，pH :7. 58,水 溫：25±5°C，全過程磁力攪拌，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速控制在燒杯底部無藻與菌沉淀。以NH4-N、TN、TP、 C0D &、pH、SS為監(jiān)測(cè)指標(biāo)，經(jīng)3d處理，藻干重質(zhì)量：菌干重質(zhì)量范圍為1 : 5?5 : 1的實(shí) 驗(yàn)組，處理后的模擬污水中NH4-N、TN、TP、C0D&、pH、SS均達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放 標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002) -級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)。
[0022] 實(shí)施例1中各物質(zhì)的初始含量、各實(shí)驗(yàn)組處理后的水質(zhì)及城鎮(zhèn)污水處理廠污染物 排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002) -級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)對(duì)比如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種高效固定化藻菌共生體系對(duì)城鎮(zhèn)污水脫氮除磷的方法，其步驟為： (1) 采用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)-變性梯度凝膠電泳方法對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠污水中生物群落 進(jìn)行鑒定，以鑒定出的藻種為藻源，以活性污泥為菌源； (2) 控制初始總生物干重質(zhì)量濃度0. 2?0. 4g/L，將藻、菌按污水處理效果最佳的干重 質(zhì)量比投加到反應(yīng)容器中并將藻、菌固定于彈性立體填料上； (3) 給反應(yīng)容器添加光源，控制光暗時(shí)間比為12h : 12h，光照強(qiáng)度4000?60001x ; (4) 向反應(yīng)裝置加入模擬污水或城鎮(zhèn)污水處理廠污水，污水水力停留時(shí)間2?3d。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效固定化藻菌共生體系對(duì)城鎮(zhèn)污水脫氮除磷的方法， 其特征在于，步驟（1)藻源優(yōu)選易于附著生長(zhǎng)的鞘藻屬絲狀藻。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種高效固定化藻菌共生體系對(duì)城鎮(zhèn)污水脫氮 除磷的方法，其特征在于，固定化鞘藻屬絲狀藻選擇短帶鞘藻。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效固定化藻菌共生體系對(duì)城鎮(zhèn)污水脫氮除磷的方法， 其特征在于，步驟（2)污水處理效果最佳的藻干重質(zhì)量：菌干重質(zhì)量范圍為1 : 5?5 : 1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效固定化藻菌共生體系對(duì)城鎮(zhèn)污水脫氮除磷的方法， 其特征在于，步驟（2)藻菌固定化方式通過采用對(duì)含藻、菌的水體進(jìn)行攪拌或搖動(dòng)使水體 流動(dòng)達(dá)到藻、菌附著固定生長(zhǎng)于彈性立體填料上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效固定化藻菌共生體系對(duì)城鎮(zhèn)污水脫氮除磷的方法， 其特征在于，步驟（3)光源的添加通過在透明反應(yīng)容器周圍布置普通燈管或?qū)⑵胀艄芡?過透明空心柱插入反應(yīng)容器中。
【文檔編號(hào)】C02F3/32GK104370374SQ201410469741
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月6日
【發(fā)明者】葛飛, 曾小雙, 蘇肖玲, 唐斐, 陳彪, 劉娜, 許銀 申請(qǐng)人:湘潭大學(xué)